钢支撑滞后架设对深基坑围护结构及地表的影响

2019-11-27魏波

中华建设 2019年11期

魏波

针对某地铁车站深基坑实际情况，在建立计算模型的基础上，对钢支撑滞后架设造成的影响进行深入分析，以此为后续施工与监测提供可靠的参考借鉴，起到保证施工安全的作用。

一、工程概况

某地铁车站工程深基坑总长约392m，其标准段开挖施工宽度在24m左右，挖深17m左右，基坑的围护结构为地下连续墙，墙深26m，嵌入基坑底部9m，以钢支撑与钢混支撑为内支撑体系，首道支撑采用钢混支撑，按8m的水平间距设置，另外两道为钢支撑，按3．5～4．0m的水平间距设置。该站结构采用明挖顺作法施工，于首道支撑施工完成且强度满足要求后进行开挖，其断面的开挖顺序为：先开挖到地表下部4．5m，然后开挖到地表下部7．5m，再开挖到地表下部9．5m，设置第二道支撑；继续开挖到地表下部11．5m、14．0m和16．0m，设置第三道支撑；最后开挖到基坑的底部。

二、计算模型

为对各位置上的钢支撑的滞后架设程度造成的影响进行系统探究，找出滞后程度和围护结构弯矩和变形与地表沉降之间的关系，需建立相应的计算模型，采用数值模拟分析研究。

1．模型构建

将以上地铁车站的深基坑作为背景，构建相应的计算模型。该深基坑的挖深为17m，宽24m，宽度为挖深5倍，底部厚度为挖深3倍，围护结构的总长为26m，进入深基坑底部9m，设置3道支撑体系，分别为钢混支撑、钢支撑×2，第一道处在地表下部1m，另外两道分别处在地表下部7m与11．5m。

2．主要参数

深基坑底层基岩为强风化或微风化花岗岩，选择摩尔库伦模型，它的物理力学参数如下表所示。

深基坑基岩主要物理力学参数

其它地层都选择HSS模型，以地质勘查成果为依据，结合现有资料，经假设获得土体主要物理力学参数。

该深基坑所用围护结构为地连墙，厚度800mm，用板单元进行模拟，物理力学参数：（1）轴向抗压刚度为2．52×107kN；（2）抗弯刚度为1．34×106kNm2·m-1；（3）厚度为0．8m；（4）容重为24kN·m-3；（5）Poisson比为0．17。

三、深基坑围护结构与地表沉降受钢支撑架设之后的影响

1．深基坑围护结构在水平方向上的变形所受影响

第2、3道支撑分别和均出现滞后架设条件下的深基坑围护结构在水平方向上发生的变形如图1所示。伴随钢支撑架设的实际滞后程度不断增大，深基坑围护结构发生的水平变形明显增加，变形的最大值产生位置还伴随滞后程度增大显著上移；无论架设是否滞后，水平变形都表现为中间比两边大，类似于鼓肚形。

图1 深基坑围护结构水平位移

2．地表沉降变形所受影响

深基坑围护结构水平方向变形和地表沉降之间的关系曲线如图2所示。伴随滞后程度不断增加，沉降都明显增大。地表沉降的最大值和水平变形的最大值具有相同的变化规律，即当滞后程度完全相同时，沉降最大值实际增长量比分别滞后略大；若滞后程度为5m，则分别滞后引起的沉降，其最大值的增长量等于正常施工50%；当滞后程度完全相同时，沉降最大值的增长量等于正常施工110%。

图2 深基坑围护结构水平方向变形和地表沉降之间的关系曲线

3．深基坑围护结构弯矩所受影响

伴随滞后程度不断增加，深基坑围护结构的弯矩都明显增大；若第三道支撑的架设有所滞后，则对深基坑进行开挖施工时，深基坑围护结构所受前一道支撑的约束将增强，使第二道支撑周围围护结构出现向深基坑外部反向弯曲的现象，导致其负弯矩明显增大，但若第二道支撑的架设也有一定滞后，则深基坑围护结构所受约束作用将减弱，这一部位的负弯矩不大。

伴随滞后程度增大，若第二道支撑的架设有所滞后，则它对深基坑围护结构造成的弯矩影响相对最小，由第三道支撑的滞后架设造成的影响居中，当支撑都滞后时，对弯矩造成的影响可以达到最大。当滞后程度相同时，第二和第三道支撑都滞后架设造成的弯矩增长大于分别滞后增长总和。当滞后程度为5m时，第二道支撑的架设有所滞后造成的弯矩增长等于正常施工23%左右，第三道支撑的架设有所滞后造成的弯矩增长等于正常施工67%左右，都滞后时，弯矩增长等于正常施工的一倍。